王艷艷 李保同 劉士余

摘要：蒸散發(fā)是地表能量平衡和水量平衡的重要組分，絕大部分的農(nóng)業(yè)用水最終以蒸散發(fā)的形式消耗，因此，農(nóng)田蒸散發(fā)的準確估算對灌溉水利用率和農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展提升意義重大。實驗教學環(huán)節(jié)對培養(yǎng)復合應(yīng)用型農(nóng)林人才起著至關(guān)重要的作用，本文通過讓學生自行設(shè)計蒸散發(fā)實驗，制作蒸發(fā)器，測定蒸散發(fā)，分析實驗結(jié)果。對培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和動手能力、加深對課本知識的理解、提高教學質(zhì)量有著重要的作用，也有利于卓越工程師的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：蒸散發(fā)；土壤蒸發(fā)；水面蒸發(fā)

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）27-0274-03

高等學校實施“卓越工程師培養(yǎng)計劃”是貫徹落實《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的高等教育和人才培養(yǎng)重大改革計劃[1]。其中包含了“卓越農(nóng)林人才培養(yǎng)計劃”，江西農(nóng)業(yè)大學結(jié)合“理論聯(lián)系實踐，教學結(jié)合生產(chǎn)”的辦學方針，以及立足江西，面向全國，服務(wù)“三農(nóng)”與水利行業(yè)，主動為區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展服務(wù)的農(nóng)業(yè)水利工程人才目標，制定了農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)培養(yǎng)標準。近年來，我國不斷加深對節(jié)水灌溉技術(shù)的研究，急需掌握相關(guān)知識體系和實踐技能的高層次人才。能夠從事節(jié)水灌溉規(guī)劃、設(shè)計、管理及科學研究是農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)的培養(yǎng)目標之一。其中，農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)的實驗教學環(huán)節(jié)對培養(yǎng)復合應(yīng)用型農(nóng)林人才起著至關(guān)重要的作用[2]。實驗教學是卓越工程師培養(yǎng)計劃的重要環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學生動手能力與加深對課本知識的理解、提高教學質(zhì)量有著重要的作用。

然而受實驗條件（包括實驗場地及實驗儀器）的限制，目前大多數(shù)實驗是驗證性實驗和綜合性實驗，鮮少有設(shè)計性實驗，而設(shè)計性實驗往往是實驗教學改革的重點內(nèi)容[3-6]，故有必要探索農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)的設(shè)計性實驗。

在當前用水總量控制條件下，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實行有計劃的用水成為亟待解決的問題。其關(guān)鍵是在確定作物蒸散發(fā)量的基礎(chǔ)上，確定適宜的灌溉制度。因此，如何測定蒸散發(fā)對于農(nóng)業(yè)水利工程學生的學習效果至關(guān)重要。

一、實驗教學內(nèi)容

蒸散發(fā)是發(fā)生在具有水分子的物理表面上的一種分子運動現(xiàn)象，是水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)和植物蒸騰的總稱。土壤蒸發(fā)是水文循環(huán)中十分重要的過程，尤其是在農(nóng)田水循環(huán)中，土壤蒸發(fā)是蒸散發(fā)的主要組成部分?？瞄g蒸發(fā)也是蒸散發(fā)的一部分，當作物葉面積指數(shù)較小時，在灌溉或降雨后，棵間蒸發(fā)會明顯增大[3-4]，使得農(nóng)田水管理、作物產(chǎn)量估計以及土壤水分預報等諸多問題都和農(nóng)田蒸散量聯(lián)系緊密[5]。因此，研究土壤蒸發(fā)、作物棵間蒸發(fā)和葉面蒸騰的變化規(guī)律，對農(nóng)田作物耗水規(guī)律和農(nóng)業(yè)高效用水有著重要意義。

二、實驗教學任務(wù)

將全班學生分成四組，每組需自行設(shè)計實驗，并準備相關(guān)實驗器材，制作實驗裝置。第一組測定水稻蒸散發(fā)，第二組測定水稻棵間蒸發(fā)，第三組測定土壤蒸發(fā)，第四組測定水面蒸發(fā)。實驗場所為江西農(nóng)業(yè)大學生態(tài)園。實驗時間為6月1日—6月10日。

（一）水稻蒸散發(fā)

1.水稻株間蒸發(fā)。學生可根據(jù)土壤水量平衡原理設(shè)計和制作小型株間蒸發(fā)器，即：在白色或無色長方體無蓋塑料盒（如：長×寬×高，54×20×30cm）邊緣固定一根帶有讀數(shù)的插桿，在插桿上安置一根測針，在塑料盒里放置20cm深的稻田底泥并鋪平，小型株間蒸發(fā)器制作完畢。最后將此蒸發(fā)器埋于江西農(nóng)業(yè)大學生態(tài)園北側(cè)水田種植的水稻行間，使蒸發(fā)器中土壤面與田間土壤面持平，用于測量水稻株間蒸發(fā)。

學生于每日上午8時在此蒸發(fā)器中加5cm清水（原量），使測針針尖上下移動，與水面正好相接，然后從測桿上讀出水位，經(jīng)24h后即翌日8時，再量器內(nèi)的水位（余量），其減小的量為水稻株間蒸發(fā)量，即

蒸發(fā)量=原量-余量

若當日8時至翌日8時之間有降水，則

蒸發(fā)量=原量+降水量-余量

2.水稻蒸散發(fā)。第二組學生可根據(jù)土壤水量平衡原理自行設(shè)計和制作小型蒸散發(fā)器，即：在白色或無色長方體無蓋塑料盒（如：長×寬×高：54×40×30 cm）邊緣固定一根帶有讀數(shù)的插桿，在插桿上安置一根測針，在塑料盒里放置20cm深的稻田底泥并鋪平，小型蒸散發(fā)器制作完畢。再將此蒸散發(fā)器埋于水稻行間，使蒸散發(fā)器土壤面與田間土壤面持平，最后均勻地栽種四株長勢正常的水稻，用于測量水稻蒸散發(fā)量。

學生于每日上午8時在此蒸散發(fā)器中加5cm清水，使測針針尖上下移動，與水面正好相接，然后從測桿上讀出水位，經(jīng)24 h后即翌日8時，再量器內(nèi)的水位，其減小的量即為水稻株間蒸發(fā)量。

（二）土壤蒸發(fā)

第三組學生可根據(jù)土壤水量平衡原理自行設(shè)計和制作裸地土壤蒸發(fā)器裝置，分為內(nèi)測試桶和外套桶兩部分，均不封底。需將內(nèi)徑90 mm的長硬質(zhì)塑料管（PVC）截短至200 mm，作為內(nèi)測試桶。將內(nèi)徑110 mm的長硬質(zhì)塑料管（PVC）截短至200 mm，作為外測試桶。對內(nèi)測試桶和外套桶按梅花狀打孔，孔間距需小于4cm內(nèi)，孔徑以4mm為宜，然后在內(nèi)測試桶打孔以便在試驗時用于固定提繩，最后用砂紙磨平小孔。試驗時，將置于田間的內(nèi)測試桶取出，并將桶外壁擦拭干凈，先用小刀削平底部，再用薄塑料封底，然后用膠帶封堵側(cè)壁小孔，最后系上提繩，內(nèi)測試桶即制作完畢。之后將埋于田間的外套桶內(nèi)的土壤取出，放入內(nèi)測試桶，然后將外測試桶和內(nèi)測試桶垂直壓入到兩行作物之間的土壤中，需確保內(nèi)外桶頂面與田間的土壤表面齊平。將內(nèi)測試桶內(nèi)的表層原狀土壤取出后封底，置于田間外套桶內(nèi)進行自然蒸發(fā)。使用電子天平進行稱量，質(zhì)量的變化量即為棵間土壤蒸發(fā)量。3個小型棵間蒸發(fā)器為1個測定組合，每組需測量4—5d，平均值為作物棵間蒸發(fā)量[7]。此種棵間蒸發(fā)器制作簡單、測量方便、造價低廉、誤差較小，克服了以往使用小型棵間蒸發(fā)器自行裝土而引起的試驗誤差，可降低因觀測人員對某一地塊的踩踏而引起的覆蓋度變化[8-9]。

學生于每日上午8時使用精度為0.001g的電子天平稱重，當日與翌日的重量差值即為土壤蒸發(fā)量（重量每減少1g等同于0.2147 mm）。

（三）水面蒸發(fā)

第四組學生可根據(jù)土壤水量平衡原理自行設(shè)計和制作水泥路面蒸發(fā)器。學生可選取一口徑為200mm，高度100mm的金屬圓盆，在口緣處鑲上內(nèi)直外斜的刀刃形銅圈，器旁安置倒水小嘴。為了防止鳥獸飲水，器口上安置一個上端向外張開成喇叭狀的金屬絲網(wǎng)圈。將次蒸發(fā)器放置到能夠受到陽光照射的水泥路面上。學生于每日（無降雨時）上午8時在上述自制蒸散器中加20mm清水，經(jīng)24h后即翌日8時，再量器內(nèi)的水量，其減小的量為蒸發(fā)量。

得出結(jié)果之后，每組學生需對數(shù)據(jù)進行分析，并得出相應(yīng)結(jié)論（如蒸散發(fā)的影響因素）。

三、實驗教學考核

實驗考試成績可改變以往的“實驗報告+考試成績”的做法，改為“實驗成績+實驗報告成績+創(chuàng)新實驗成績”，以便體現(xiàn)出學生的動手能力、分析解決問題以及創(chuàng)新能力。平時實驗成績打分需結(jié)合預習報告、出勤情況、實驗態(tài)度、實驗操作情況。實驗報告成績以試驗記錄、完成情況、結(jié)果分析、思考題回答情況等進行打分。創(chuàng)新實驗成績按照試驗的設(shè)計及對基礎(chǔ)理論的運用情況進行綜合評定[10]。

對此次創(chuàng)新性實驗，要求每組學生在課外用兩周的時間準備，每組學生用PPT匯報實驗過程、結(jié)果以及分析。評委為授課老師及其他小組成員，根據(jù)試驗內(nèi)容講解的詳實程度、語言的組織和結(jié)構(gòu)、PPT設(shè)計等進行現(xiàn)場打分，之后再去掉兩個最高分和兩個最低分之后，得出的平均成績即為該組的平時成績。

四、結(jié)語

蒸散發(fā)是地表能量平衡和水量平衡的重要組分，絕大部分的農(nóng)業(yè)用水最終以蒸散發(fā)的形式消耗，因此，農(nóng)田蒸散發(fā)的準確估算對灌溉水利用率和農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展提升意義重大。學生通過自行設(shè)計實驗，制作蒸發(fā)器，測定蒸散發(fā)，分析實驗結(jié)果。大大地提高了創(chuàng)新能力、動手能力、團隊合作能力、分析問題以及解決問題的能力。通過幾年來的實踐與探索，該實驗教學已成為培養(yǎng)學生科學研究實踐能力和創(chuàng)新能力的重要平臺和手段，實驗教學內(nèi)容、方法與手段等對于其他實驗教學有很大的借鑒意義，對實驗教學質(zhì)量的提升具有很重要的價值，也有利于卓越工程師的培養(yǎng)。

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